工具機切削技術研究

序文

淺談工具機的工業 4.0

第一章 模具精切削技術
1. 1 模具精切削問題概論
1. 2 CAM刀具路徑分析
1. 3 插補器與進給速度控制
1. 4 相鄰路徑深淺紋
1. 5 路徑誤差分析
1. 6 伺服調整與動態位置誤差
1. 7 伺服控制模擬
1. 8 切削振動
1. 9 同期合力控制進給系統
1. 10 循圓尖角調整
1. 12 其他切削問題

第二章 銑削刀具學
2. 1 切削條件
2. 2 銑削刀具幾何
2. 3 平面銑削
2. 4 挖槽孔與銑腔體
2. 5 模具切削
2. 7 切削力與功率計算
2. 8 刀具磨耗與壽命

第三章 切削顫振理論應用
3. 1 銑削之切削力分析
3. 2 車削顫振理論公式解
3. 3 銑削顫振理論公式解
3. 4 銑削力係數鑑別
3. 5 銑削顫振理論時域解
3. 6 案例研究與不準確分析
3. 7 刀具動撓度預測與耦合理論
3. 8 切削剛性改善與主軸模態分析
3 .9 製程阻尼係數
3. 10 線上自動迴避銑削顫振
3. 11 切削顫振其他解法

工具機系列書籍介紹
 

序

　　工具機經過設計、製造、銷售，最終目的是切削，切削的品質與效率是機器與操作者綜合的表現。本書將切削技術分為三章，文章使用的應用程式皆附在光碟內，方便讀者更進一步研究。有些程式技巧沒有特別理論，不值得書寫，卻常是商品化的關卡。程式附有註解，簡化書中冗長說明，期望能帶來更多的可能性。

　　第一章是模具精切削技術研究，綜合CAM路徑、機構動剛性、伺服控制等關鍵因素，做深入分析。建議先研讀《工具機應用設計》的第1、2章。過去切削技術給人的印象是經驗法則，沒有太多理論與計算。個人一直認為所有技術釐清之後，就是基礎理論與數學分析，這是一條孤獨的研究之路。模具切削是機械廠與客戶最重視的議題，切削結果只有合格與不合格，代表成交與退貨的壓力，對雙方皆有不同的涵義。切削技術是跨領域的，不僅是操作機器與反應切削問題，還要有能力解決問題，並複製到其他機器。處理切削問題前，必先做足夠的研究，因為是在客戶側處理緊急事故，客戶等著用機器，沒時間也不允許你反覆拆裝檢查機器。很可惜，旁人只想知道問題的解法，卻忽略如何走進解決之路，使得知識是片斷、教條式。問題的解法很多，因時制宜，但終究還是要回歸源頭：設計與組裝製造，才能得到最好成效。經過多年的實戰歷練，驗證與修正個人理論，離開職場後才有時間整理個人研究，不想這一生只有賺錢而已。

　　第二章是銑削刀具學。個人在刀具學的認知，全部來自刀具商知識與刀具手冊，尤其是國外高階刀具商的技術手冊內容豐富。國內刀具手冊偏向採購規格，僅簡單扼要列出大概的切削條件，可能是保守參考值，並非實驗數據。選擇刀具廠牌時，除了考量價格外，應重視無形價值的技術支援。好的技術服務可以提高切削效率與刀具壽命，對於切削疑難雜症，即使不能解決、至少可提供有效正確的方向，減少盲目的試誤法。畢竟我們遇到的切削問題大多是普遍的，刀具大廠都有研究與處理經驗，正是我們最需要的知識。本章主要參考的刀具廠有Sandvik, Seco等，尤其Sandvik的切削技術最豐富與實用，Seco有出一本切削理論書，適合學者研究參考使用。

　　模具精切削使用的刀具幾乎都是球刀，但是在加工業使用的刀具種類很多，而且刀具幾何與加工效率、刀具壽命大有關係。本章重點在整理有關銑削實用技術，包括定性觀念與計算公式。這些技術都有納入CAM系統，了解這些技術可協助設定CAM參數選項。雖然刀具商銷售員會提供正常的切削條件，但對於變形的技術、需要公式計算的數據，可能無法及時服務。因此細部的知識可發揮應用技巧，甚至是更上一層樓的必要基礎。例如刀具幾何與切削顫振關係密切，是研讀第三章的基本知識。

　　第三章是切削顫振理論應用。切削顫振理論早在1990年已有許多學者在研究，最早的顫振模型是車削，因為車削的切削力是固定，顫振方程式比較單純。後來發展到銑削、五軸銑削，切削力是時變數。先有簡化假設，使方程式可快速求解，但在某些條件下誤差稍大。若要減少假設，則方程式必須數值計算，分時域與頻域，例如離散、傅立葉多頻率，但缺點是計算時間較長。切削顫振理論發展至今已是很成熟的理論，且有很多商品化軟體，使用在航太、汽車知名大廠。例如Altintas的CutPro, Smith的Harmonizer與Budak的Machining studio。個人對切削顫振理論的學習，主要來自Altintas, Budak, Schmitz三位學者的論文與書籍。在切削顫振領域、個人只是應用工程師，而不是理論的創造者，頂多在解讀理論時加入個人主觀認知與經驗。

　　台灣工業競爭力日趨低落，國人抱怨薪資沒有調漲，期待政府改善經濟體質。我們希望有德日的生活水準，必先具備他們的技術能力與做事態度，否則是緣木求魚。科學進步使得技術難度愈來愈高，不是做苦工可得，也不是學校一教就懂，還需靠自身努力與專注。任何人工作20年，若不能在某領域成為專業，不是不夠努力、就是不夠專注，絕無其他因素，與職業別無關、與資質無關。20年很久，但每天例行公事不到10年，早已磨掉很多的可能性，剩下的就是現況。好的公司一定有優秀的員工與更優秀的老闆，兩者是相輔相成，與其抱怨他人的不足，不如加強自身的弱點。台灣人才輩出，期待自己有幸生在百家爭鳴的時代。

　　2016年是個人職場工作20年，很慶幸認識一群優秀的朋友。日本FANUC技師長輪流常駐台灣，河村宏之先生對台灣非常友善，熱情與專業協助機械廠，個人從中獲益良多。欣正與我共事多年，是位後起之秀，在教學相長的過程，加速我的研究，其他共事的好夥伴不一一列述致謝。歷經7個月的閉關，匆促完成這本書，是個性不允計畫拖延，若有錯誤、瑕疵地方請多包涵與指教。工具機系列三本書是我職場20年的紀錄，留給自己人生的回憶。夜深人靜，想起人之起源，榮歸故鄉。